编码器故障的自动诊断装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于计算机技术领域，本实用新型专利技术的目的是提供一种编码器故障的自动诊断装置及其诊断求解方法。该故障诊断系统由用户界面单元、模型描述单元、语言解析单元、冲突识别单元、诊断求解单元、故障定位单元和数字通信单元组成，系统的独特之处在于：根据编码器组成原理用模型描述语言说明性地描述编码器的结构、功能、部件行为，据此推断编码器在正常情况下的预期行为，故障发生时预期行为与实际观测有差异，再利用逻辑推理确定引发故障的元件集合。本实用新型专利技术从冲突识别到产生候选诊断，整个操作过程简单、用时短，系统对故障点的判别定位不依赖于操作人员或专家的经验，摆脱了传统诊断方法的局限性。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于计算机
，涉及基于逻辑相容性的编码器故障诊断系统。 技术背景编码器是将物理信号或数据进行编制并转换为可用以通信、传输和存储之形式的 设备，是一种重要的用于测速和定位用途的传感产品。编码器是传感产品的一大重要分支， 拥有十分广阔的市场，如机床工具、航空航天、铁道交通、新能源及港口机械等行业，都在使 用着大量的编码器产品。编码器是通过“ 1 ”和“0”的二进制编码来将采集来的物理量(角位移或直线位移) 转换为机器码可读取的电信号，用以通讯、传输和储存。按照工作原理可将编码器可分为增 量式和绝对式两类增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变 成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小；绝对式编码器的码盘位置对应确定的数字码， 它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。作为各种各样的大型复杂装备中的一个重要部件，编码器故障严重影响着这些装 备的运行和维护，甚至于引起设备故障、导致生命财产损失。所谓编码器故障诊断是指在一 定工作环境下查明导致编码器系统某种功能失常的原因或性质，判断劣化状态发生的部位 或部件，避免由于状态劣化所造成的损失。编码器作为一种光电精密仪器，容易受到工作环 境的影响。由于某些行业(如冶金、港口机械、纺织机械及风力发电等)的工作环境较为恶 劣，编码器不免会受到干扰，从而影响处理电路、单片机板甚至程序逻辑，致使编码器功能 失常，甚至导致关联设备的故障。目前编码器产品普遍缺少甚至是没有错误/故障处理能力。随着编码器产品的 应用越来越广泛，客户已不再满足于编码器仅能将物理信号转换为电信号，他们还要求编 码器具备诊断功能，产品更加智能耐用；还希望编码器具有更丰富的接口方式，可集成性更 高，使更多的关联设备实现智能化，甚至是在编码器的体积方面上也能有更广泛的选择空 间。诊断的目的就是找出有毛病的部件。早期的故障诊断主要依靠个体专家或维修人 员通过感官、经验和简单仪表进行。例如故障树方法开始于症状或测试结果，再依据经验性 的决策树判断，给出修理建议；对于专家系统来说，也是根据经验性的知识而设计的计算机 程序，——当系统发生故障时，该程序是根据领域专家长期的实践经验、对系统结构和系统 故障历史的深刻了解和大量的故障信息知识，来确定故障的原因和位置。这类诊断方法的 难题是知识获取一方面领域专家需要长时间积累才能获得诊断对象知识(事实上这些知 识总是不完备的)；另一方面，从领域专家那里获得知识并将之转化成计算机系统可用的 产生式规则也是一大问题。专家知识的形成、总结和积累需要一个较长的过程，等到专家知 识积累起来，再依据这些知识研制出新的诊断系统，所要诊断的产品可能已经淘汰了，或者 已经过时了。近年来，基于模型诊断的研究与应用是诊断测试领域所关注的热点，发展很快，出3现了多种解决方案。相容性诊断是一种典型的基于模型的诊断，其主要思想是根据系统组 成组件之间的连接关系建立待诊断系统的模型(如结构，功能，行为)，这种模型通常用一 阶逻辑语句来描述，根据系统的逻辑模型以及系统的输入，我们能通过逻辑的推理理论推 导出系统在正常情况下的预期行为，如果观测到的系统实际行为与系统预期行为有差异， 就说明系统在逻辑上是不相容的，即存在故障组件，利用逻辑的推理理论，我们能够确定引 发故障的组件集合。只要模型抽象的正确，就能诊断所有可能的故障，并且不但能处理新故 障(传统诊断往往无能为力)，而且还能给出令人信服的解释。并且由于它把系统的推理内 核与系统模型分开，具有设备独立性——只要更新系统模型就可用于诊断另外一种设备， 因而可推广性好。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种编码器故障的自动诊断装置。旨在为编码器提供故 障诊断功能，实现一种基于逻辑相容性的绝对式编码器的故障诊断。本技术所述的编码器故障自动诊断装置是由故障诊断系统、编码器和伺服系 统组成。按照自定义的通讯协议和命令约定，通过串行接口 RS422，故障诊断系统可以向编 码器发送命令帧，设定编码器的工作模式、获得编码器的运行状态数据，而伺服系统可以从 编码器获得角度等电信号。编码器是由单片机板、高低信号处理电路、高低读数头光电信 号、方位信号处理电路、方位读数头光电信号和机上时统等六个物理部分组成，其中单片机 板上实现了 RS422串行通信模块、命令执行模块、运行状态监控模块、格雷码编制模块等。故障诊断系统包括用户界面单元、模型描述单元、语言解析单元、冲突识别单元、 诊断求解单元、故障定位单元和数字通信单元，其中用户界面单元用于以图形化的用户界 面方式来进行输入模型描述、报告解析错误、设定命令代码、显示编码器运行状态数据、配 置诊断系统运行参数等操作；描述配置单元负责用一种模型描述语言建立编码器的系统模 型并以文件的形式存储；语言解析单元用于读取以文件存储的模型描述文件，经过单词扫 描和语法解析，创建该描述文件的抽象语法树；冲突识别单元的主要作用是识别系统模型 和编码器运行状态数据之间的冲突；诊断求解单元主要用于产生诊断候选，对冲突进行诊 断；故障定位单元可以定位编码器系统模型下的可疑组件并突出显示。本技术具有下述有益效果(1)为编码器提供故障诊断功能。作为各种各样的大型复杂装备中的一个重要部 件，编码器功能失常严重影响着这些装备的运行和维护。具有错误/故障处理能力的编码 器可以有效地预防和控制装备劣化，减少生命财产损失。使用本专利技术的方法，可以提高诊断 测试效率，降低人力资源成本。(2)相比于传统的诊断方法，近年来发展起来的基于模型的诊断具有明显的优势， 即不依赖于经验、独立于设备、模型可以重用。只要更新系统模型就可用于诊断另外一种设 备，因而具有设备独立性、可推广性好等优点。(3)满足市场对智能化编码器的需要。从行业应用的角度来看，不同的行业对编码 器的要求不尽相同，例如有的行业要求编码器的精度更高，有的要求编码器具有更强的坚 固防护性能，有的要求编码器抗干扰、智能耐用，有的要求编码器要有很好的集成开放性， 有的则对编码器的体积要求更小。智能化编码器响应了这种市场需求，功能需求类型的客4户、安全攸关的行业应用都需要智能化的编码器。附图说明图1是本技术强调故障诊断部分的编码器故障自动诊断装置的示意图。指定 图1为摘要附图图2是本技术强调编码器部分的编码器故障自动诊断装置的示意图。图3是本技术的故障诊断方法的一个实施例的流程图。图4是本技术在诊断测试编码器时所使用的数据通信格式的一个实施例的 示意图。具体实施方式本技术所述的编码器的故障诊断装置实现了基于模型的诊断过程，即模型表 示、冲突识别、候选产生、故障定位等内容，此外本技术还给出了具有错误/故障处理 能力的编码器的组成及接口关系。图1给出了本技术编码器故障自动诊断装置的结构示意图，粗略地看它由故 障诊断系统101、编码器102和伺服系统103组成，物理上故障诊断系统和编码器之间、伺服 系统和编码器之间通过串行接口 RS422相连，采用(双工)异步通讯方式，波特率为230. 4K 位/秒。逻辑上按照自定义的通讯协议和命令约定，故障诊断系统可以向编码器发送命令 帧，设定编码器工作模式、获得编码器运行状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种编码器故障的自动诊断装置，由故障诊断系统Ｓ１０１、编码器Ｓ１０２和伺服系统Ｓ１０３组成，物理上故障诊断系统和编码器之间、伺服系统和编码器之间通过串行接口ＲＳ４２２相连，采用双工异步通讯方式，波特率为２３０．４Ｋ位／秒；逻辑上按照自定义的通讯协议和命令约定，故障诊断系统向编码器发送命令帧，设定编码器工作模式、获得编码器运行状态数据，伺服系统从编码器获得角度等电信号；编码器是由单片机板、高低信号处理电路、高低读数头光电信号、方位信号处理电路、方位读数头光电信号和机上时统六个物理部分组成，其特征是该故障诊断系统由用户界面单元、模型描述单元、语言解析单元、冲突识别单元、诊断求解单元、故障定位单元和数字通信单元组成，系统的独特之处在于：根据编码器组成原理用模型描述语言说明性地描述编码器的结构、功能、部件行为，据此推断编码器在正常情况下的预期行为，故障发生时预期行为与实际观测有差异，再利用逻辑推理确定引发故障的元件集合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣，陈达文，李俊义，吴志勇，徐俊杰，曹永刚，陈能，曹晶，
申请(专利权)人：长春奥普光电技术股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：82[中国|长春]